Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

В практику геологоразведочных работ нарастающими темпами внедряются новые прогрессивные способы бурения, новая эффективная техника (буровые станки, установки, породоразрушающий и тех­нологический инструмент, насосное, компрессорное и энергетическое оборудование и др.), более совершенные технологические режимы бурения, автоматизированные системы управления буровым процес­сом, новые формы и методы управления буровыми работами и их организации.

В связи с этим перед работниками научно-исследовательских, конструкторских и производственных организаций очень часто воз — 4 пикает задача объективного сопоставления ранее применявшихся оборудования, инструмента и технологии с новыми.

Для соответствующих сопоставлений обычно используют количест­венные меры — так называемые технико-экономические показатели или критерии эффективности. Однако универсального критерия для все­объемлющей оценки любого технического устройства быть не может. Каждый критерий характеризует техническое средство с определенной стороны и поэтому должен использоваться в’ комплексе с другими. Важно тем не менее подчеркнуть, что в условиях ускорения научно — технического прогресса и перестройки, осуществляемых в нашей стране, решающее значение приобретает фактор времени, который в максимальной степени должен учитываться при любых сопоставлени­ях. На это обстоятельство неоднократно указывал Е. А. Козловский.

К существенному фактору в оценке технического средства следует отнести объективную оценку специалиста и инженерную интуицию,

которые в конечном счете должны быть решающими. Это же можно ; отнесги и к выбору критерия. Как ни парадоксально, но этот выбор субъективен и выходит за рамки строгого теоретического обоснования.

В итоге он определяется поставленной целью (отсюда выбранный критерий часто носит название целевой функции).

Цели, даже применительно к разведочному бурению, могут быть 1 самые различные: минимальное время сооружения скважины при заданном уровне затрат и заданной мощности установленного обо­рудования; минимальная стоимость проходки скважины также при. заданной мощности оборудования, обеспечение предельно достижи­мого качества, например, кернового материала и т. д. Каждая такая цель достигается разным сочетанием режимных параметров, различ­ными техническими средствами ц способами бурения и отлича­ющимися стратегиями сооружения скважины.

Как видим, выбор целевой функции обусловлен определенными’; приоритетами. И если, например, ставится задача разведки какого — либо месторождения в кратчайшие сроки, то решающим критерием при выборе стратегии и режимных параметров бурения скважин / будет так называемый Т-критерий (минимум времени проходки скважин). Иначе говоря, при оценке того или иного критерия нельзя : безотносительно утверждать, какой из них является более правильным, . надежным и достоверным.

Применительно к бурению критерий эффективности должен обьект — ивно оценивать процесс бурения в целом или его какую-либо отдельную техническую, технологическую, качественную или эконо- . мическую характеристику. •

Все используемые в разведочном бурении критерии подразделяются ‘ на технические, экономические и критерии качества. Существуют ■ также комплексные или универсальные критерии и обобщенные парамет­ры оптимизации.

Под технической эффективностью будем понимать целесообраз­ность или рациональность совокупности механических движений эле­ментов буровой установки и инструмента, реализуемых в процессе 1 преодоления различных сопротивлений (в том числе на забое скважины при взаимодействии породоразрушающего инструмента с горной породой), т. е. в процессе совершения работы (затрат энергии) i с целью сооружения скважины в определенных геолого-технических условиях. Таким образом, к техническим критериям могут относиться! только критерии, имеющие механическую природу. Это мгновенная и средняя механические скорости бурения, рейсовая скорость; тех­ническая, парковая, цикловая скорости, производительность за смену, месяц, год; время проходки скважины или отдельного ее интервала, время проведения различных операций; проходка на породораз­рушающий инструмент, износ породоразрушающего инструмента; большая группа энергетических критериев и др.

Экономические критерии включают в себя показатели, харак­теризующие какие-либо затраты в рублях. Важнейшие из этих 272

[критериев—стоимость 1 м бурения, стоимость сооружения всей [скважины или отдельного ее интервала, К ним же могут быть ( отнесены критерии, характеризующие расход различных материалов [.(например, алмазов).

К критериям качества относятся показатели, характеризующие [качественную сторону процесса бурения: точность оценки содержания [ полезного компонента, выход керна, точность отражения геологичес — | кого разреза, точность выведения скважины в заданную область пространства земной коры, точность оценки различных характеристик пород в полученном стволе скважины (пробуренном, например, без отбора керна) и т. д.

Следует отметить, что понятие «качество разведочного бурения» может трактоваться двояко — в широком и узком смысле. Широкое толкование предусматривает оценку степени соответствия технических средств и технологии бурения требованиям какой-либо расчетной схемы (модели). Под последней в конечном счете понимается набор расчетных формул и коэффициентов, который обеспечивает получение требуемого результата. Например, с помощью бурения необходимо оценить запасы данного месторождения с заданной степенью точности. На основе соответствующих методик и формул назначается развед­очная сеть, определяются требования к диаметру скважин и частным критериям качества, например, к выходу керна по полезному ис­копаемому, к прямолинейности ствола скважины и г. д. Поскольку требования к оценке точности определения запасов могут изменяться или эта точность может достигаться по-разному, претерпевают изменения и требования к точности частных критериев, т. е. требова­ния к технике и технологии бурения. Следовательно, качеством бурения можно управлять. А если в этом процессе участвуют компьютеры, возникают автоматизированные системы управления качеством буровых работ. Приведем другой пример. Ставится задача с заданной точностью определить физико-механические свойства i горных пород. На основании этого требования вырабатываются требования к точнорти уже другой группы частных качественных критериев.

Отсюда легко уяснить, что представляет собой качество бурения в узком смысле. Это безотносительный к какой-либо расчетной схеме набор частных критериев качества и точность их оценки I с помощью того или иного способа бурения, бурового инструмента и технологии бурения.

Следует различать критерии оптимизации и критерии эффектив­ности. Критерий оптимизации—это некоторая функция от режимных параметров (осеврй нагрузки, частоты вращения, величины углубления снаряда в данном рейсе, расхода промывочной жидкости или воздуха и т. д.), влияющих на процесс бурения. Варьируя этими параметрами, стремятся достигнуть экстремального значения функции. В специаль­ной литературе, относящейся к управлению производственными про­цессами, эта функция, как указывалось ранее, носит название целевой. 18 3477 273

T абл ица 15.1

Классификация критериев эффективности и оптимизации, используемых в разведочном бурении

Задача оптимизации любого процесса сама по себе достаточно сложна, а применительно к бурению скважин—тем более. Подчас затруднен выбор функции, в некоторых случаях функция абсолютным максимумом или минимумом не обладает или имеет несколько экстремальных точек, нередко на выбор параметров приходится накладывать множество ограничений (например, на частоту вращения снаряда, осевую нагрузку, потребляемую мощность и т. д.). В общем здесь даже не одна, а целый набор достаточно сложных самосто­ятельных задач, решение которых требует использования современной вычислительной техники, измерительных, контролирующих и управля­ющих систем. Кроме того, выбор целевой функции обусловлен определенными приоритетами и является прерогативой только ис­следователя. Критерии оптимизации, как и сами оптимальные ре­жимы бурения, установленные на их основе, также нуждаются в определенном контроле с помощью более общих критериев эффективности.

Несколько слов об универсальных и обобщенных критериях (иногда их называют комбинированными). К ним относятся те, в которых объединяются различные разнохарактерные критерии, например, технический и критерий качества, последний и экономичес­кий или все три вместе. При соответствующем обосновании такие критерии приобретают весьма высокую степень фундаментальности и могут отражать даже социально-экономический смысл исследуемого процесса.

Универсальные критерии образуются путем простых математичес­ких операций над несколькими разнохарактерными частными критери­ями, причем выбор этих операций производится исходя из здравого смысла. Что касается обобщенных критериев (параметров), то суще­ствуют определенные математические процедуры их определения, изложенные, в частности, в работе [2]. Эти процедуры сводятся к тому, что на основан™ нескольких разнохарактерных критериев получают один. Одна из таких процедур сводится к установлению главного параметра оптимизации и назначения допустимых «уступок» по другим параметрам; вторая—к использованию так называемой обобщенной шкалы желательности Харрингтона, которая является психофизической шкалой и широко используется в практике; третья—к линейной комбинации локальных параметров, взятых с определен­ными массовыми Коэффициентами. Во всех этих случаях обосно­вание пропедур, как и назначение величины «уступок», значений коэффициентов и других параметров полностью определяется ис­следователем. ,

В табл. 15.1 представлена классификация критериев эффективности И оптимизации, используемых в разведочном бурении. Эта клас­сификация не имеет нормативного характера. Она полезна с точки зрения некоторой систематизации существующих представлений о кри­териях эффективности, развития и совершенствования базы понятий при решении различных критериальных задач в бурении.

г

В табл. 15.2 представлены некоторые из многочисленных, ныне применяемых механических критериев технической эффективности. При подборе критериев мы исходили из того, что они должны иметь определенную теоретическую базу и обладать размерностью, содержа­щей какой-то физический смысл. Последнему требованию не отвечает критерий металлоемкости, поскольку его окончательная размерность не имеет никакого физического смысла. Однако сам критерий представляет определенный практический интерес, поэтому он и включен в таблицу.

В работе [26 ] предложен и для оперативного управления процессом алмазного бурения использован критерий, который условно обозначим буквой К3. Он представляет собой отношение удельной объемной работы разрушения Wya к мгновенной механической скорости:

K3=WyJvM,

Wya = 2nnMK/S3vM,

где п—частота вращения снаряда, об/с; Мк—величина крутящего момента на забое, Н м; о., — площадь разрушения забоя, м2.

В сущности этот критерий равнозначен критерию К2 и представляет собой отношение критерия К2 к площади забоя. Критерий К, более удобен, чем К2, поскольку позволяет сравнивать между собой породоразрушающие инструменты с разной площадью разрушения забоя.

В работе [26] показано, что если оперативное управление процессом алмазного бурения осуществляется таким образом, что критерий К3 будет наименьшим, то это обеспечит и минимум стоимости 1 м бурения, т. е. оптимизация, осуществляемая по чисто механическому критерию, автоматически обеспечивает оптимизацию по экономическому критерию. Необходимо однако указать, что этот тезис является спорным. И это объясняется не только тем, что критерий Кг вовсе не связан со стоимостью 1 м бурения. Слишком большое число факторов влияет на стоимость, помимо учтенных в формуле (15.12), чтобы подобный автоматизм стал неизбежным.

Комментарии запрещены.